WO2006024441A2 - Mehrschichtiger körper mit unterschiedlich mikrostrukturierten bereichen mit elektrisch leitfähiger beschichtung - Google Patents

Mehrschichtiger körper mit unterschiedlich mikrostrukturierten bereichen mit elektrisch leitfähiger beschichtung Download PDF

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    • Y10T428/2457—Parallel ribs and/or grooves

Definitions

  • Multi-layered body with different microstructured areas with electrically conductive coating
  • the invention relates to a multilayered body having a replication lacquer layer in which a relief structure is molded and which is provided with an electrically conductive coating.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • RF identification generally refers to contactless RF communication between a transponder associated with an item or a person and a reader. In this case, the transponder has, for example, an antenna which is part of a resonance circuit and / or is connected to a semiconductor chip.
  • Foil element are produced, which have very small dimensions.
  • different process steps are to be carried out, which are laborious, polluting or reducing the quality, such as the etching of electrically conductive layers.
  • etching for example, a semiconductor layer arranged under the conductive structures can be contaminated, wherein even the smallest amounts of foreign atoms can be a significant source of interference. Because of the layer structure of circuits more cycles of such process steps are generally required, so that further effort is to register precise registration.
  • the invention is based on the object to avoid the disadvantages mentioned and to provide multilayer body with structured electrically conductive coatings that can be produced at low cost, with high precision and high resolution.
  • the object of the invention is achieved by a multilayer body with a replication lacquer layer, wherein in a plane defined by coordinate axes x and y a first relief structure is formed in the replication lacquer layer in a first region of the multilayer body and onto the replication lacquer layer in the first region of the multilayer body and an electrically conductive coating having a constant areal density is applied in an adjacent second area of the multilayer body.
  • the first relief structure is a structure with a high depth-to-width ratio of the individual structural elements, in particular with a depth-to-width ratio> 2, and is at least one over the entire or a substantial part of the depth of the relief structure formed extending perpendicular or nearly vertical edge, which arise at the vertical or nearly vertical edges of the first relief structure areas where the applied to the first relief structure conductive coating is not deposited or is attached only in such a small layer thickness that the electrical conductivity the coating is significantly reduced in the flanks.
  • the object of the invention is further achieved by a method for producing a multilayered body, wherein in the method a first relief structure is molded into a replication lacquer layer of the multilayered body in a first region of the multilayered body and onto the replication lacquer layer in the first region of the multilayered body In an adjacent second region of the multilayer body, an electrically conductive coating with a constant areal density is applied.
  • the first relief structure is considered to be a structure with a high depth-to-width ratio the individual structural elements, in particular with a depth-to-width ratio> 2, and formed at least one vertical or almost vertical edge, resulting in areas on the vertical or nearly vertical flanks of the first relief structure, where applied to the first relief structure conductive coating is not deposited or is deposited only in such a small layer thickness that the electrical conductivity of the coating in the region of the flanks is significantly reduced.
  • the first relief structure is formed with such a high depth-to-width ratio and with at least one vertical or nearly vertical edge, arise at the edges of the relief structure areas where the deposited on the relief structure conductive coating does not accumulate or accumulates only in such a small layer thickness that the electrical conductivity of the coating in the region of the flanks is significantly reduced or the coating is even completely interrupted there.
  • the high achievable resolution i. It is the formation of very fine line structures possible, as it is not feasible by an optical exposure method with subsequent etching.
  • the dimensionless depth-to-width ratio is a characteristic feature for the characterization of structures, in particular of microstructures. It is preferably used to describe periodic structures, for example with a sawtooth profile.
  • the depth is the distance between the highest and the lowest consecutive points of the structure, ie the distance between "mountain” and “valley”.
  • Width is the distance between two adjacent highest points, ie between two "mountains” (period) .
  • the description model can also be applied to nonperiodic structures.
  • the depth of the "valley” should be related to the width of the "valley".
  • the first relief structure is formed as a function of the coordinates x and / or y, which periodically varies the depth of the first relief structure in the x-direction and / or in the y-direction.
  • functions are preferred which form at least one vertical edge.
  • Preferred are sawtooth functions and rectangular functions.
  • vertical edges are formed with sharp edges, so that along the edges of the conductive coating is interrupted with a defined contour.
  • the coating on the first relief structure is perpendicular to the edges electrically non-conductive or formed with a very high electrical resistance.
  • the thickness t 0 is to be set so that the inclined flanks are not "smeared", ie no coating material or only a layer thickness significantly reduced compared to planar surfaces is deposited there attach a vertical or nearly vertical edge, for example, if particles of the Coating material does not move on the common trajectory of the particle flow.
  • the optimum value can preferably be determined by a series of experiments.
  • the optimum value of the thickness t 0 is based on the fact that at the edge of the first relief structure areas arise where the applied to the first relief structure conductive coating is not deposited or is attached only in such a small layer thickness that the electrical conductivity of the Coating in the area of the flank is significantly reduced.
  • the thickness to unstructured areas should be less than 500 nm, preferably less than 50 nm.
  • the optimum thickness t 0 can advantageously be determined by experiment, whereby the influence of the coating material on the electrical and other properties of the coating material can be taken into account.
  • the relief structure to be coated has a high depth-to-width ratio, the effect of forming areas on the vertical or near vertical edges of the first relief structure where the conductive coating applied to the first relief structure is not deposited or only in is attached to such a small layer thickness that the electrical conductivity of the coating in the region of the flanks is significantly reduced, advantageously supported. It can preferably be provided that the depth-to-width ratio of the relief structure is> 2.
  • the angle ⁇ of the flanks may deviate in magnitude by about 10 ° from the vertical, without questioning the effect described.
  • the thickness t of the coating on the flanks is adjustable by selecting the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ can also be the angle of inclination of a curve section which can be determined by the first derivation of the curve.
  • the first relief structure is formed as a function of a coordinate, the relief structure is particularly simple.
  • the first relief structure may be a diffractive structure with small grating periods, for example formed in a range of 50 nm to 10 ⁇ m.
  • Such a relief structure may be a linear diffraction grating.
  • a linear polarizer in this manner, preferably with a period length of 100 nm to 800 nm.
  • a thickness to ⁇ 10 nm of the coating can be provided.
  • the formation of the linear polarizer is not limited to the formation of the polarization in a plane of vibration. Rather, it may be provided to form adjacent areas with different polarization directions in this way, wherein the areas may be formed as information carriers.
  • the areas may form a machine-readable bar code or be formed as alphanumeric characters or as a pictorial representation. These areas may be visible in polarized light, e.g. if they are oriented so that their plane of polarization is oriented perpendicular to the plane of polarization of the light transmitted or transmitted, whereby they stand out darkly from the background.
  • the first relief structure may also be provided to form the first relief structure as a function of two coordinates, wherein the intended vertical flanks are formed as self-contained curves.
  • the electrical conductivity of the applied coating is interrupted in all directions.
  • it may be provided to form the closed curves as circles, ellipses, squares, rectangles and rhombuses.
  • the closed curve follows the contour of an adjacent second area, in which a second relief structure is formed. It is preferably provided to make the second relief structure planar.
  • the applied on the second relief structure electrically conductive coating is formed as a full thickness electrical conductor to. Because an arbitrarily contoured electrically conductive second region can be surrounded by the first electrically non-conductive region, in this way electrically insulated conductor tracks of any desired geometry can be formed with high accuracy and resolution by a common coating step.
  • the electrically conductive coating is formed as a metal layer, preferably formed of a good electrical conductor, such as aluminum, copper, silver or gold.
  • the coating is formed as a transparent conductive material, for example as an indium-tin oxide layer (ITO), which is preferred because of their transparency for the formation of "invisible" printed conductors, as used for example in displays
  • ITO indium-tin oxide layer
  • a metallic coating so thin that it appears transparent, for example formed with a thickness of 1 nm to 100 nm, preferably formed with a thickness of 5 nm to 30 nm.
  • This can be advantageous if in this way "invisible" printed conductors are designed for low currents, as are provided, for example, for LCD displays.
  • the coating is interrupted at the edges of the conductors with certainty.
  • the preferred layer thickness t 0 may be in the range 5 nm to 50 nm. As described below, the conductivity of these thin tracks can be increased if necessary by electroplating.
  • the multilayered body is preferably designed as a film element, for example as a transfer film, in particular a hot stamping film, as a laminated or sticker film.
  • the film element can in this case also be formed by the applied transfer layer of a transfer film.
  • the multilayer body comprises a rigid substrate layer, for example a thin glass layer.
  • the electrically conductive coating can be applied using the methods known from the production of security elements, for example by sputtering, electron beam vapor deposition or thermal evaporation with resistance heating. These methods are characterized in that the coating is applied by spraying with a constant surface density based on a plane spanned by coordinate axes x and y. Preferably, the atoms or molecules strike the plane at approximately the same angle, i. the surface to be coated.
  • the atoms or molecules impinge perpendicularly on the surface to be coated, so that they are not attached to vertical or almost vertical flanks.
  • the non-directional deposition can be, for example, a deposition from the gas phase.
  • the relief structures are shaped by means of UV replication in the replication lacquer layer.
  • the application of the structures according to the invention and of the method according to the invention is possible in many ways and always particularly advantageous if a diffractive film element is to carry an electrical circuit or is itself a part of an electrical circuit.
  • the o.g. Deposition methods are preferably suitable for the application of thin layers. As has been shown, during galvanization the relief structure is not changed, i. electrically non-conductive areas are not covered.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a first
  • Embodiment of a multilayer body according to the invention designed as a film element
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the coating of the film element in FIG. 1 with a metal layer
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a second
  • Embodiment of a multilayer body according to the invention designed as a film element
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the coating of the film element in FIG. 3 with a metal layer
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of an embodiment of a multilayered body, designed as a film element with a one-dimensional relief structure
  • FIG. 6 is a schematic plan view of an exemplary embodiment of a multilayer body, designed as a film element with a two-dimensional relief structure;
  • Fig. 7 is a schematic plan view of an embodiment of a multilayer body formed as a film element with electrical conductor.
  • Fig. 1 shows a multilayered body formed as a sheet member, hereinafter referred to as a sheet member 11.
  • the film element 11 has, a carrier film 10, a release layer 20, a protective lacquer layer 21, a Replizierlacktik 22 with relief structures 25 and 26, on the relief structures 25 and 26 arranged coatings 23I, 23n and an adhesive layer 24 on.
  • the relief structure 26 is formed as a planar relief structure.
  • the relief structure 25 is a structure with a high width-to-depth ratio, and thus this relief structure has a much higher effective surface area than conventional relief structures shaped, for example, for the production of optical effects in security elements.
  • the relief structure 25 is meander-shaped with the surface of the planar relief structure 26 perpendicular flanks.
  • the surface applied coating 23n is arranged only on the surface of the planar relief structure 26 parallel portions of the relief structure 25, that is, it is a broken in a coordinate direction coating.
  • Such a relief structure, which is interrupted in one coordinate direction, is referred to below as a one-dimensional relief structure. As shown in Fig. 1, the interruption is formed throughout.
  • the coating 23I arranged on the planar relief structure 26 is closed.
  • the coatings 23I, 23n are formed as metal layers
  • the coating 23n is a nonconductive metal layer because it is interrupted continuously at the vertical flanks of the relief structure.
  • the metal layer applied to the planar relief structure 26 is electrically conductive, because it is not interrupted.
  • the coating 23n can be applied, for example, by sputtering, ie by a coating method in which particles strike the relief structure with approximately the same coating direction.
  • Such a coating method is further distinguished by the fact that it applies the coating with a constant surface density, based on a plane spanned by coordinate axes x and y, wherein advantageously the coating direction can be aligned parallel to the vertical or approximately perpendicular to the plane oriented flanks of the relief structure ,
  • a significant proportion of the described effect of the flank angle-dependent formation of the thickness of the coating has the high depth-to-width ratio of the relief structure 25, which is advantageously> 2.
  • steep flanks are formed by the high depth-to-width ratio, and on the other hand, the random deposition of particles, which deviate from the set coating direction, is made more difficult.
  • Another influencing factor is the thickness of the coating formed on the planar relief structure 26. As tests have shown, the effect described above for thicknesses ⁇ 500 nm occurs.
  • the thickness of the conductive coating formed on the planar relief structure may preferably be ⁇ 50 nm in order to obtain vertical or approximately vertical flanks in the relief structure 26 on which no conductive coating is formed at least in regions.
  • Such a layer transparent, for example with a thickness of about 10 nm.
  • conductor tracks may be formed which do not visually obscure underlying structures, for example LCD display elements.
  • the film element 11 is an embossing film, in particular a hot stamping film. However, it is also possible, the film element 11 as Laminierfolie or Stickerfolie or as a support for a circuit, in particular to form a polymer circuit.
  • the carrier layer 10 consists for example of a PET or POPP film of a layer thickness of 10 .mu.m to 50 .mu.m, preferably with a thickness of 19 .mu.m to 23 .mu.m.
  • the release layer 20 and the protective lacquer layer 21 are then applied to the carrier film by means of a gravure printing roller.
  • the release and protective lacquer layers 20 and 21 in this case preferably have a thickness of 0.2 to 1, 2 microns. These layers could also be dispensed with.
  • the replication lacquer layer 22 preferably consists of a radiation-crosslinkable replicate lacquer.
  • a UV replication method for molding the relief structures 25 and 26 in the replication lacquer layer 22 is used.
  • Replicate varnish here is a UV-curable varnish used.
  • the introduction of the relief structures 25 and 26 into the UV-crosslinkable replication lacquer layer takes place here, for example, by UV irradiation during the impression of the relief structure in the still soft or liquid lacquer layer or by partial irradiation and curing of the UV-curable lacquer layer.
  • a UV-crosslinkable lacquer it is also possible here to use another radiation-crosslinkable lacquer.
  • the replication lacquer layer 22 may consist of a transparent, thermoplastic plastic material.
  • Replizierlack Mrs 22 is then embossed by means of a stamping tool, a relief structure or several relief structures are impressed, for example, the relief structures 25 and 26th
  • the thickness to be selected for the replication lacquer layer 22 is determined by the tread depth selected for the relief structure 25. It must be ensured that the replication lacquer layer 22 has a sufficient thickness to a To allow molding of the relief structures 25 and 26. In this case, the replication lacquer layer 22 preferably has a thickness of 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the replication lacquer layer 22 is applied to the protective lacquer layer 21 over the full area by means of a line-engraved gravure roll with an application weight of 2.2 g / m 2 before drying.
  • a varnish of the following composition is chosen:
  • the Replizierlack Mrs 22 is dried in a drying tunnel at a temperature of 100 to 120 0 C.
  • the relief structures 25 and 26 are imprinted into the replication lacquer layer 22, for example by means of a die consisting of nickel at about 130 ° C.
  • the matrix is preferably heated electrically.
  • the die Before the die is lifted from the replication lacquer layer 22 after embossing, the die can be cooled down again in this case.
  • the replication lacquer of the replication lacquer layer 22 hardens by crosslinking or in any other way.
  • the relief structures 25 and 26 are relief structures which are coated with the coatings 23I, 23N in a common coating process, for example sputtering.
  • the coating direction for depositing the coatings 23 1, 23 n is oriented perpendicular to the surface of the planar relief structure 16.
  • the coating direction is indicated in FIG. 2 by arrows 30.
  • the coating device is formed so that the material with a constant surface density on the relief structures 25 and 26 is deposited, so that the surface density of the coatings 23I, 23n on the relief structures 25 and 26 is the same and constant as a result of this process step.
  • no precautions are necessary, for example, to form the conductivity of coatings 23I, 23n differently and / or to produce the geometry of the coatings 231, 23n.
  • the structuring of the coatings 231, 23n can be executed in register in one production step and that because of the microstructuring of the relief structures particularly high resolutions are achieved, as are necessary, for example, for the production of circuits.
  • the adhesive layer 24 is applied to the coatings 231, 23n.
  • the adhesive layer 24 is preferably a layer of a thermally activatable adhesive. Depending on the use of the security element 11, it is also possible to dispense with the adhesive layer 24.
  • FIG. 3 now shows a second exemplary embodiment of a multilayered body in the form of a film element 12 with a one-dimensional relief structure, which differs from the previously described embodiment only in the design of the relief structure. Identical elements are therefore designated by the same reference numerals.
  • the film element 12 is formed instead of the meander-shaped relief structure 25 in FIG. 1 with a sawtooth-shaped relief structure 125.
  • the relief structure 125 has a surface of the planar relief structure 26 vertically arranged first edge and an angle to the first edge second edge arranged on. In this way it is achieved that the coating 23n is arranged only on the second flanks of the relief structure 125, that is, the coating is formed interrupted.
  • FIG. 4 now shows the coating of the relief structures 125 and 26 in FIG. 3 with coatings 123n and 23I.
  • the coatings 123n and 23I are applied to the relief structures 125 and 26 in a common production step, for example by sputtering.
  • the coating 123n is formed on the inclined second flanks of the relief structure 125 with a smaller thickness than on the relief structure 26 arranged perpendicular to the application direction.
  • the coating 123n is formed by the vertical first flanks not coated with material the relief structure 125 is interrupted, for example, a metal layer applied in this way is electrically non-conductive.
  • FIG. 5 a shows a schematic representation of a top view of a multilayer body, designed as a film element 50 with a one-dimensional relief structure, which is coated with metal in the exemplary embodiment shown.
  • an electrically nonconducting region 55 with a one-dimensional relief structure with a high depth-to-width ratio is formed, as shown in FIGS. 1 and 3 (pos. 25 or 125), in the conductive planar regions 56 illustrated in FIG are included.
  • the electrically nonconductive region 55 is interrupted only by uncoated vertical flanks in the coordinate direction designated x, and is locally electrically short-circuited in sections 55k, in which it adjoins electrically conductive regions 56 in the y direction, it has an overall electrical conductivity. which is orders of magnitude smaller than the electrical conductivity of the regions 56.
  • Fig. 5b is now shown how the above-described local short circuit through the conductive regions 56 can be avoided.
  • the region 55 is subdivided into regions 55x and regions 55y whose relief structure varies in the x-direction or in the y-direction. Such an arrangement can be provided if the conductive regions 56 are not arranged parallel to one another or are curved.
  • the regions 55, 55x and 55y are electrically non-conductive, no metal is deposited there during plating. So there are no additional precautions to be taken to galvanically reinforce only the conductive regions 56.
  • the conductive planar regions 56 are formed as conductive tracks with a lower resistivity than before the galvanization. It can therefore be provided to dispense with the formation of the region 55 (see Fig. 5a) in differently oriented regions 55x and 55y (see Fig. 5b), because the electrical conductivity of the regions 56 relative to the electrical conductivity of the region 55 is significantly larger.
  • the regions 56 shown in FIGS. 5a and 5b can be made transparent, for example if a very thin metal layer of the order of magnitude of 10 nm is applied there, differing depending on the type of metal.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a top view of a multilayer body, designed as a film element 60 with raster elements 62, which have relief structures 65 with a high depth-to-width ratio and vertical flanks which form self-contained profile curves 65p.
  • the profile curves are formed as circles and rhombuses.
  • the film element 60 is coated with a metal layer, not shown, which is formed non-conductive because of the relief structures 65.
  • This is a two-dimensional relief structures, the above-mentioned disadvantage of a possible Short circuit through electrically conductive areas avoids.
  • the relief structures 65 are formed from concentrically arranged circles which are inscribed in the square grid elements 62. In this way 62 circular segments are formed in the corner regions of the grid elements. In this way, the circular segments of a corner region with the circular segments of the three further raster elements 62 adjacent to this corner region form rhombic profile curves.
  • raster elements 62 may be provided to form the raster elements 62 of the same shape and size, i. as isosceles triangles, squares or hexagons. It may also be provided to make the raster elements 62 non-uniform, i. fill the surface of the film element 60 with raster elements 62 of different shape and size. It is only important that the vertical edges of the relief structure 65 form closed curves.
  • a metal coated multilayer body formed as a film member 70 having a patterned conductor 76 surrounded by regions 75 formed with relief structures having a high depth to width ratio.
  • the relief structures may be formed as one-dimensional relief structures (see Fig. 5) or as two-dimensional relief structures (see Fig. 6) with a high depth-to-width ratio. Preferred is a two-dimensional relief structure and the depth-to-width ratio> 2.
  • the film element 70 may be formed as part of a microelectronic circuit, for example, as part of a formed as a film system polymeric circuit.
  • the circuit may be transparent, as described above (see Fig. 5).
  • one or more portions of the patterned conductor 76 are formed with a relief structure having a high depth to width ratio, so that the electrical conductivity of the conductor 76 is reduced in such a portion. In this way, for example, electrical resistances may be formed in the conductor 76.

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Abstract

Es wird ein mehrschichtiger Körper (11, 12) mit einer Replizierlackschicht (22) beschrieben. In einer von Koordinatenachsen x und y aufgespannten Ebene ist in die Replizierlackschicht (22) eine erste Reliefstruktur (25, 125, 65) in einem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers abgeformt und auf die Replizierlackschicht (22) in dem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers (11, 12) und in einem benachbarten zweiten Bereich des mehrschichtigen Körpers (11, 12) eine elektrisch leitfähige Beschichtung (23I, 23n, 123n) mit konstanter Flächendichte aufgebracht. Die erste Reliefstruktur (25, 125, 65) ist eine Struktur mit einem hohen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der einzelnen Strukturelemente, insbesondere mit einem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis > 2. Über die gesamte oder nahezu gesamte Tiefe der Reliefstruktur erstreckt sich mindestens eine senkrechte oder nahezu senkrechte Flanke, die auf diese Weise die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung herabsetzt oder unterbindet.

Description

Mehrschichtiger Körper mit unterschiedlich mikrostrukturierten Bereichen mit elektrisch leitfähiger Beschichtung
Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Körper mit einer Replizierlackschicht, in der eine Reliefstruktur abgeformt ist und die mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist.
Mehrschichtige Körper in Form von Folienelementen werden in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise als Sicherheitselemente zur Erzeugung optischer Effekte. Sie werden auch als Teil einer elektrischen Schaltung eingesetzt oder sie bilden selbst eine elektrische Schaltung, beispielsweise einen Schaltkreis. Solche Schaltkreise finden beispielsweise Anwendung als sog. RFID-Tags (RFID = Radio Frequency-Identification), d.h. Warenetiketten zur Identifikation von Waren mittels Radiofrequenzen. Unter RF-Identifikation ist allgemein eine kontaktlose RF- Kommunikation zwischen einem Transponder, der einem Gegenstand oder einer Person zugeordnet ist, und einer Lesevorrichtung zu verstehen. Der Transponder weist hierbei beispielsweise eine Antenne auf, die Teil eines Resonanzschaltkreises ist und/oder mit einem Halbleiterchip verbunden ist.
Für solche Einsatzzwecke müssen leitfähige Strukturen auf bzw. in dem
Folienelement erzeugt werden, die sehr geringe Abmessungen haben. Dazu sind verschiedene Prozeßschritte durchzuführen, die arbeitsaufwendig, umweltbelastend oder qualitätsmindernd sind, wie beispielsweise das Ätzen elektrisch leitfähiger Schichten. Durch das Ätzen kann beispielsweise eine unter den leitfähigen Strukturen angeordnete Halbleiterschicht verunreinigt werden, wobei bereits kleinste Mengen von Fremdatomen eine bedeutende Störquelle sein können. Wegen des Schichtaufbaus von Schaltkreisen sind im allgemeinen mehrere Zyklen solcher Prozeßschritte erforderlich, so daß weiterer Aufwand zur passergenauen Fertigung zu verzeichnen ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und mehrschichtige Körper mit strukturierten elektrisch leitenden Beschichtungen anzugeben, die mit geringen Kosten, mit hoher Präzision und mit hoher Auflösung herstellbar sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einem mehrschichtigen Körper mit einer Replizierlackschicht gelöst, wobei in einer von Koordinatenachsen x und y aufgespannten Ebene in die Replizierlackschicht eine erste Reliefstruktur in einem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers abgeformt ist und auf die Replizierlackschicht in dem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers und in einem benachbarten zweiten Bereich des mehrschichtigen Körpers eine elektrisch leitfähige Beschichtung mit konstanter Flächendichte aufgebracht ist. Die erste Reliefstruktur ist eine Struktur mit einem hohen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der einzelnen Strukturelemente, insbesondere mit einem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis > 2, und ist mit mindestens einer sich über die gesamte oder einen wesentlichen Teil der Tiefe der Reliefstruktur erstreckenden senkrechten oder nahezu senkrechten Flanke ausgebildet, wobei sich an den senkrechten oder nahezu senkrechten Flanken der ersten Reliefstruktur Bereiche ergeben, an denen die auf die erste Reliefstruktur aufgebrachte leitfähige Beschichtung nicht angelagert ist oder nur in einer derart geringen Schichtdicke angelagert ist, daß die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung im Bereich der Flanken signifikant verringert ist. Die Aufgabe der Erfindung wird weiter mit einem Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Körpers gelöst, wobei bei dem Verfahren in eine Replizierlackschicht des mehrschichtigen Körpers in einem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers eine erste Reliefstruktur abgeformt wird und auf die Replizierlackschicht in dem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers und in einem benachbarten zweiten Bereich des mehrschichtigen Körpers eine elektrisch leitfähige Beschichtung mit konstanter Flächendichte aufgebracht wird. Die erste Reliefstruktur wird als eine Struktur mit einem hohen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der einzelnen Strukturelemente, insbesondere mit einem Tiefen-zu-Breiten- Verhältnis > 2, und mindestens einer senkrechten oder nahezu senkrechten Flanke abgeformt, wobei sich an den senkrechten oder nahezu senkrechten Flanken der ersten Reliefstruktur Bereiche ergeben, an denen die auf die erste Reliefstruktur aufgebrachte leitfähige Beschichtung nicht angelagert ist oder nur in einer derart geringen Schichtdicke angelagert ist, daß die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung im Bereich der Flanken signifikant verringert ist.
Dadurch, daß die erste Reliefstruktur mit einem derart hohen Tiefen-zu-Breiten- Verhältnis und mit mindestens einer senkrechten oder nahezu senkrechten Flanke ausgebildet ist, ergeben sich an den Flanken der Reliefstruktur Bereiche, an denen die auf der Reliefstruktur aufgebrachte leitfähige Beschichtung sich nicht anlagert oder sich nur in einer derart geringen Schichtdicke anlagert, daß die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung im Bereich der Flanken signifikant verringert ist oder die Beschichtung dort gar ganz unterbrochen ist. Von besonderem Vorteil ist hierbei die hohe erreichbare Auflösung, d.h. es ist die Ausbildung sehr feiner Leitungsstrukturen möglich, wie sie durch ein optisches Belichtungsverfahren mit anschließender Ätzung nicht durchführbar ist. Weiter ist es möglich, mittels der Erfindung den Flächenwiderstand von Leitungsbereichen präzise einzustellen und auf diese Weise auslesbare Informationen in Sicherheitselemente zu kodieren.
Das dimensionslose Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ist ein kennzeichnendes Merkmal für die Charakterisierung von Strukturen, insbesondere von Mikrostrukturen. Es wird vorzugsweise verwendet, um periodischer Strukturen, beispielsweise mit sägezahnförmigem Verlauf, zu beschreiben. Als Tiefe ist hier der Abstand zwischen dem höchsten und dem tiefsten aufeinanderfolgenden Punkt der Struktur bezeichnet, d.h. es handelt sich um den Abstand zwischen „Berg" und „Tal". Als Breite ist der Abstand zwischen zwei benachbarten höchsten Punkten, d.h. zwischen zwei „Bergen", bezeichnet (Periode). Je höher nun das Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ist, desto steiler sind die „Bergflanken" ausgebildet. Auch auf nichtperiodische Strukturen kann das Beschreibungsmodell angewendet werden. Beispielsweise kann es sich um diskret verteilte linienförmige Bereiche handeln, die nur als ein „Tal" ausgebildet sind, wobei der Abstand zwischen zwei „Tälern" um ein Vielfaches höher ist als die Tiefe der „Täler". Bei formaler Anwendung der vorstehend genannten Definition würde das so berechnete Tiefen- zu-Breiten-Verhältnis annähernd Null sein und nicht das charakteristische physikalische Verhalten widerspiegeln. Deshalb ist bei diskret angeordneten Strukturen, die im wesentlichen nur aus einem „Tal" gebildet sind, die Tiefe des „Tales" zur Breite des „Tales" ins Verhältnis zu setzen.
Trotz der o.g. Vorzüge ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kostengünstig, denn es vermeidet aufwendige Prozeßschritte zur Strukturierung von Leiterbahnen.
Es ist vorgesehen, daß die erste Reliefstruktur als eine Funktion der Koordinaten x und/oder y ausgebildet ist, die die Tiefe der ersten Reliefstruktur periodisch in x- Richtung und/oder in y-Richtung variiert. Dabei sind Funktionen bevorzugt, die mindestens eine senkrechte Flanke ausbilden. Bevorzugt sind Sägezahnfunktionen und Rechteckfunktionen. Auf diese Weise sind senkrechte Flanken mit scharfen Kanten ausgebildet, so daß längs der Kanten die leitfähige Beschichtung mit definierter Kontur unterbrochen ist. Auf diese Weise ist die Beschichtung auf der ersten Reliefstruktur in Richtung senkrecht der Kanten elektrisch nichtleitend oder mit einem sehr hohen elektrischen Widerstand ausgebildet.
Die Dicke t der Beschichtung, die auf einer mit einem Winkel α zur Waagerechten geneigten schrägen Flanke abgeschieden wird, ist durch die Beziehung t = to • cos α gegeben. Dabei ist to die Dicke der auf einer waagerechten Fläche abgeschiedenen Beschichtung. Die Dicke t0 ist dabei in Abhängigkeit von dem Beschichtungsmaterial so einzustellen, daß die geneigten Flanken nicht „verschmiert" werden, d.h. dort kein Beschichtungsmaterial oder lediglich eine deutlich gegen planare Flächen verringerte Schichtdicke abgelagert wird. Mit steigender Dicke to kann sich unter Umständen auch an einer senkrechten oder nahezu senkrechten Flanke anlagern, beispielsweise wenn Partikel des Beschichtungsmaterials sich nicht auf der gemeinsamen Flugbahn des Partikelstroms bewegen. Der optimale Wert kann vorzugsweise durch eine Versuchsreihe ermittelt werden. Der optimale Wert der Dicke t0 ist daran orientiert, daß sich an der Flanke der ersten Reliefstruktur Bereiche ergeben, an denen die auf die erste Reliefstruktur aufgebrachte leitfähige Beschichtung nicht angelagert ist oder nur in einer derart geringen Schichtdicke angelagert ist, daß die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung im Bereich der Flanke signifikant verringert ist.
Die Dicke to unstrukturierter Bereiche sollte kleiner 500 nm sein, vorzugsweise kleiner 50 nm. Die optimale Dicke t0 kann vorteilhafterweise durch Versuch bestimmt werden, wodurch auch der Einfluß des Beschichtungsmaterials auf die elektrischen und andere Eigenschaften des Beschichtungsmaterials berücksichtigt werden kann.
Wenn die zu beschichtende Reliefstruktur ein hohes Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis aufweist, wird der Effekt der Ausbildung von Bereichen an den senkrechten oder nahezu senkrechten Flanken der ersten Reliefstruktur, an denen die auf die erste Reliefstruktur aufgebrachte leitfähige Beschichtung nicht angelagert ist oder nur in einer derart geringen Schichtdicke angelagert ist, daß die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung im Bereich der Flanken signifikant verringert ist, vorteilhaft unterstützt. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß das Tiefen-zu- Breitenverhältnis der Reliefstruktur >2 ist.
Wie Versuche ergeben haben, kann der Winkel α der Flanken betragsmäßig um etwa 10° von der Senkrechten abweichen, ohne den beschriebenen Effekt in Frage zu stellen.
Die Dicke t der Beschichtung auf den Flanken ist durch Wahl des Winkels α einstellbar. Dabei kann es sich bei dem Winkel α auch um den Neigungswinkel eines Kurvenabschnitts handeln, der durch die erste Ableitung der Kurve bestimmbar ist. Wenn die erste Reliefstruktur als eine Funktion einer Koordinate ausgebildet ist, ist die Reliefstruktur besonders einfach ausgebildet. Insbesondere kann es sich bei der ersten Reliefstruktur um eine diffraktive Struktur handeln mit kleinen Gitterperioden, beispielsweise in einem Bereich von 50 nm bis 10 μm ausgebildet. Bei einer solchen Reliefstruktur kann es sich um ein lineares Beugungsgitter handeln.
Es kann vorgesehen sein, auf diese Weise einen Linearpolarisator auszubilden, vorzugsweise mit einer Periodenlänge von 100 nm bis 800 nm ausgebildet. Vorzugsweise kann eine Dicke to < 10 nm der Beschichtung vorgesehen sein.
Wegen der hohen möglichen Auflösung der ersten Reliefstruktur ist die Ausbildung des Linearpolarisators nicht auf die Ausbildung für die Polarisation in einer Schwingungsebene beschränkt. Vielmehr kann es vorgesehen sein, auf diese Weise nebeneinander liegende Bereiche mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung auszubilden, wobei die Bereiche als Informationsträger ausgebildet sein können. Beispielsweise können die Bereiche einen maschinenlesbaren Strichcode bilden oder als alphanumerische Zeichen oder als bildliche Darstellung ausgebildet sein. Diese Bereiche können in polarisiertem Licht sichtbar sein, z.B. wenn sie so ausgerichtet sind, daß ihre Polarisationsebene senkrecht zur Polarisationsebene des auf- oder hindurchgestrahlten Lichts orientiert ist, wodurch sie sich dunkel vom Hintergrund abheben. Es kann auch eine „Entschlüsselungs"-Folie vorgesehen sein, die bei Beleuchtung mit unpolarisiertem Licht in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Struktur verborgene Informationen hervortreten läßt.
Es kann aber auch vorgesehen sein, die erste Reliefstruktur als eine Funktion zweier Koordinaten auszubilden, wobei die vorgesehenen senkrechten Flanken als in sich geschlossene Kurven ausgebildet sind. Auf diese Weise ist die elektrische Leitfähigkeit der aufgebrachten Beschichtung in alle Richtungen unterbrochen. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, die geschlossenen Kurven als Kreise, Ellipsen, Quadrate, Rechtecke und Rhomben auszubilden. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die geschlossene Kurve der Kontur eines benachbarten zweiten Bereiches folgt, in dem eine zweite Reliefstruktur abgeformt ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, die zweite Reliefstruktur planar auszubilden. Auf diese Weise ist die auf der zweiten Reliefstruktur aufgebrachte elektrisch leitfähige Beschichtung als elektrischer Leiter mit voller Dicke to ausgebildet. Weil ein beliebig konturierter elektrisch leitfähiger zweiter Bereich von dem ersten elektrisch nicht leitenden Bereich umgeben sein kann, sind auf diese Weise voneinander elektrisch isolierte Leiterzüge beliebiger Geometrie mit hoher Genauigkeit und Auflösung durch einen gemeinsamen Beschichtungsschritt ausbildbar.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die elektrisch leitfähige Beschichtung als eine Metallschicht ausgebildet ist, bevorzugt aus einem guten elektrischen Leiter ausgebildet, wie Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Beschichtung als transparentes leitfähiges Material ausgebildet ist, zum Beispiel als eine Indium-Zinnoxid-Schicht (ITO), die wegen ihrer Transparenz für die Ausbildung „unsichtbarer" Leiterbahnen bevorzugt ist, wie sie beispielsweise in Displays Anwendung finden. Nach dem gleichen Prinzip können Elektrodenschichten für die Fotovoltaik ausgebildet sein.
Es kann aber auch vorgesehen sein, eine metallische Beschichtung so dünn auszubilden, daß sie transparent erscheint, beispielsweise mit einer Dicke von 1 nm bis 100 nm ausgebildet, vorzugsweise mit einer Dicke von 5 nm bis 30 nm ausgebildet. Dies kann von Vorteil sein, wenn auf diese Weise „unsichtbare" Leiterbahnen für geringe Ströme ausgebildet sind, wie sie beispielsweise für LCD- Displays vorgesehen sind.
Insbesondere bei der Ausbildung von Leiterbahnen kommt es darauf an, daß die Beschichtung an den Kanten der Leiterbahnen mit Sicherheit unterbrochen ist. Dazu kann die bevorzugte Schichtdicke t0 im Bereich 5 nm bis 50 nm sein. Wie weiter unten beschrieben, kann die Leitfähigkeit dieser dünnen Leiterbahnen erforderlichenfalls durch Galvanisieren erhöht werden.
Vorzugsweise ist der mehrschichtige Körper als Folienelement ausgebildet, beispielsweise als Transferfolie, insbesondere Heißprägefolie, als laminierte oder Stickerfolie ausgebildet. Das Folienelement kann hierbei auch von der applizierten Übertragungslage einer Transferfolie gebildet werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß der mehrschichtige Körper eine starre Substratschicht, beispielsweise eine dünne Glasschicht umfaßt.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung kann mit den aus der Herstellung von Sicherheitselementen bekannten Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Sputtern, Elektronenstrahlbedampfen oder thermisches Bedampfen mit Widerstandsheizung. Diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß die Beschichtung durch Aufsprühen mit konstanter Flächendichte bezogen auf eine von Koordinatenachsen x und y aufgespannte Ebene aufgebracht wird. Bevorzugt treffen die Atome bzw. Moleküle unter etwa dem gleichen Winkel auf die Ebene, d.h. die zu beschichtende Oberfläche auf.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß die Atome bzw. Moleküle senkrecht auf die zu beschichtende Oberfläche auftreffen, so daß sie an senkrechte oder nahezu senkrechte Flanken nicht angelagert sind.
Es handelt sich also nicht um ein Beschichtungsverfahren, bei dem die Atome bzw. Moleküle ungerichtet abgeschieden werden, wodurch sie sich unabhängig von der Flankenneigung in einer Schicht mit annähernd gleicher Schichtdicke anlagern. Bei der ungerichteten Abscheidung kann es sich beispielsweise um eine Abscheidung aus der Gasphase handeln.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Reliefstrukturen mittels UV-Replikation in der Replizierlackschicht abgeformt werden. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Strukturen und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf vielfältige Weise möglich und immer dann besonders vorteilhaft, wenn ein diffraktives Folienelement eine elektrische Schaltung tragen soll oder selbst ein Teil eines elektrischen Schaltkreises ist.
Weiter ist es möglich, Elektrodenschichten von Halbleiterbauelementen in Polymer-Elektronik mittels der Erfindung zu strukturieren. Durch die Erfindung ist es möglich hohe Auflösungen zu erzielen. Weiter wird vorgeschlagen, Leiterbahnen polymerer Schaltkreise oder andere elektrische Bauelemente, beispielsweise Spulen und Kapazitäten für RFID-Tags (RFID = Radio Frequency- Identification) in der beschriebenen Weise auszubilden. Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß durch die Erfindung eine kostengünstige Herstellungstechnologie mit geringer Ausschußrate für die Herstellung derartiger Strukturen bereitsteht. Wegen der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren feinen Strukturierung kann auf diese Weise weiter die Grenzfrequenz dieser Halbleiterbauelemente deutlich erhöht sein.
Es kann vorgesehen sein, die leitfähige Beschichtung galvanisch zu verstärken und auf diese Weise entweder eine besonders gut leitfähige Oberflächenschicht aufzubringen oder die Dicke der abgeschiedenen Schicht zwecks Verminderung des elektrischen Widerstands zu erhöhen. Die o.g. Abscheid ungsverfahren sind vorzugsweise für das Aufbringen dünner Schichten geeignet. Wie sich gezeigt hat, wird beim Galvanisieren die Reliefstruktur nicht verändert, d.h. elektrisch nicht leitfähige Bereiche werden nicht überdeckt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, weitere Bauelemente, wie Linearpolarisatoren, besonders preisgünstig als Folienprodukte herzustellen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft verdeutlicht. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen Körpers, ausgebildet als Folienelement;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Beschichtung des Folienelements in Fig. 1 mit einer Metallschicht;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen Körpers, ausgebildet als Folienelement;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Beschichtung des Folienelements in Fig. 3 mit einer Metallschicht;
Fig. 5 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines mehrschichtigen Körpers, ausgebildet als Folienelement mit eindimensionaler Reliefstruktur;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines mehrschichtigen Körpers, ausgebildet als Folienelement mit zweidimensionaler Reliefstruktur;
Fig. 7 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines mehrschichtigen Körpers, ausgebildet als Folienelement mit elektrischer Leiterbahn.
Fig. 1 zeigt einen mehrschichtigen Körper, ausgebildet als ein Folienelement, im folgenden als Folienelement 11 bezeichnet. Das Folienelement 11 weist, eine Trägerfolie 10, eine Ablöseschicht 20, eine Schutzlackschicht 21 , eine Replizierlackschicht 22 mit Reliefstrukturen 25 und 26, auf den Reliefstrukturen 25 und 26 angeordnete Beschichtungen 23I, 23n und eine Klebeschicht 24 auf. Die Reliefstruktur 26 ist als planare Reliefstruktur ausgebildet. Bei der Reliefstruktur 25 handelt es sich um eine Struktur mit hohem Breiten-zu-Tiefen-Verhältnis, und damit hat diese Reliefstruktur eine um ein Vielfaches höhere effektive Oberfläche als übliche, beispielsweise für die Erzeugung von optischen Effekten in Sicherheitselementen abgeformte Reliefstrukturen. Die Reliefstruktur 25 ist mäanderförmig mit zur Oberfläche der planaren Reliefstruktur 26 senkrechten Flanken ausgebildet. Sie erstreckt sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Koordinatenrichtung. Auf diese Weise ist die flächig aufgetragene Beschichtung 23n nur auf den zur Oberfläche der planaren Reliefstruktur 26 parallelen Abschnitten der Reliefstruktur 25 angeordnet, d.h., es handelt sich um eine in einer Koordinatenrichtung unterbrochene Beschichtung. Eine solche Reliefstruktur, die in einer Koordinatenrichtung unterbrochen ausgebildet ist, wird im folgenden als eindimensionale Reliefstruktur bezeichnet. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Unterbrechung durchgängig ausgebildet. Dagegen ist die auf der planaren Reliefstruktur 26 angeordnete Beschichtung 23I geschlossen ausgebildet.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel können durch Wahl des Materials und durch Ausbildung der Reliefstruktur unterschiedliche Effekte erzeugt werden. Sind beispielsweise die Beschichtungen 23I, 23n als Metallschichten ausgebildet, handelt es sich bei der Beschichtung 23n um eine nichtleitende Metallschicht, weil diese an den senkrechten Flanken der Reliefstruktur durchgängig unterbrochen ist. Dagegen ist die auf der planaren Reliefstruktur 26 aufgetragene Metallschicht elektrisch leitend ausgebildet, denn sie ist nicht unterbrochen. Die Beschichtung 23n kann beispielsweise durch Sputtem aufgebracht sein, d.h. durch ein Beschichtungsverfahren, bei dem Partikel mit annähernd gleichen Beschichtungsrichtung auf die Reliefstruktur auftreffen. Deshalb treffen an den parallel zur Beschichtungsrichtung angeordneten senkrechten Flanken keine oder signifikant wenige Partikel auf, so daß dort die Beschichtung 23n unterbrochen ist oder mit einem signifikant höheren Widerstand pro Flächeneinheit ausgebildet ist, der beispielsweise um mindestens den Faktor 10 höher ist, vorzugsweise um den Faktor 1000 höher ist, als der Widerstand pro Flächeneinheit der leitfähigen Beschichtung 23I außerhalb der senkrechten Flanken.
Ein solches Beschichtungsverfahren zeichnet sich weiter dadurch aus, daß es die Beschichtung mit konstanter Flächendichte, bezogen auf eine von Koordinatenachsen x und y aufgespannte Ebene aufbringt, wobei vorteilhafterweise die Beschichtungsrichtung parallel zu den senkrechten oder annähernd senkrecht zu der Ebene orientierten Flanken der Reliefstruktur ausgerichtet sein kann.
Einen wesentlichen Anteil an dem beschriebenen Effekt der flankenwinkelabhängigen Ausbildung der Dicke der Beschichtung hat das hohe Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der Reliefstruktur 25, das vorteilhafterweise >2 ist. Zum einen sind durch das hohe Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis steile Flanken ausgebildet, zum anderen wird dadurch die zufällige Ablagerung von Partikeln, die von der eingestellten Beschichtungsrichtung abweichen, erschwert.
Ein weiterer Einflußfaktor ist die Dicke der Beschichtung, die auf der planaren Reliefstruktur 26 ausgebildet ist. Wie Versuche gezeigt haben, tritt der oben beschriebene Effekt für Dicken <500 nm ein.
Vorzugsweise kann die Dicke der leitfähigen Beschichtung, die auf der planaren Reliefstruktur ausgebildet ist, < 50 nm sein, um senkrechte oder annähernd senkrechte Flanken in der Reliefstruktur 26 zu erhalten, auf denen mindestens bereichsweise keine leitfähige Beschichtung ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, eine solche Schicht transparent auszubilden, beispielsweise mit einer Dicke von etwa 10nm. Auf diese Weise können Leiterbahnen ausgebildet sein, die darunter liegende Strukturen visuell nicht verdecken, beispielsweise LCD-Anzeigeelemente.
Bei dem Folienelement 11 handelt es sich um eine Prägefolie, insbesondere um eine Heißprägefolie. Es ist jedoch auch möglich, das Folienelement 11 als Laminierfolie oder Stickerfolie oder als Träger für einen Schaltkreis, insbesondere einen Polymer-Schaltkreis auszubilden.
Die Trägerschicht 10 besteht beispielsweise aus einer PET- oder POPP-Folie einer Schichtdicke von 10 μm bis 50 μm, vorzugsweise mit einer Dicke von 19 μm bis 23 μm. Auf die Trägerfolie werden sodann mittels einer Tiefdruckrasterwalze die Ablöseschicht 20 und die Schutzlackschicht 21 aufgebracht. Die Ablöse- und Schutzlackschichten 20 und 21 haben hierbei vorzugsweise eine Dicke von 0,2 bis 1 ,2 μm. Auf diese Schichten könnte auch verzichtet werden.
Sodann wird die Replizierlackschicht 22 aufgebracht.
Die Replizierlackschicht 22 besteht vorzugsweise aus einem strahlenvemetzbaren Replizierlack. Bevorzugt wird ein UV-Replizierverfahren zur Abformung der Reliefstrukturen 25 und 26 in der Replizierlackschicht 22 eingesetzt. Als
Replizierlack wird hierbei ein UV-härtbarer Lack verwendet. Das Einbringen der Reliefstrukturen 25 und 26 in die UV-vernetzbare Replizierlackschicht erfolgt hierbei beispielsweise durch UV-Bestrahlung bei der Abformung der Reliefstruktur in die noch weiche oder flüssige Lackschicht oder durch partielle Bestrahlung und Aushärtung der UV-vernetzbaren Lackschicht. Anstelle eines UV-vernetzbaren Lackes kann hierbei auch ein sonstiger strahlenvernetzbarer Lack eingesetzt werden.
Weiter ist es auch möglich, daß die Replizierlackschicht 22 aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoffmaterial besteht. In die
Replizierlackschicht 22 wird anschließend mittels eines Prägewerkzeuges eine Reliefstruktur eingeprägt oder werden mehrere Reliefstrukturen eingeprägt, beispielsweise die Reliefstrukturen 25 und 26.
Die Dicke, die für die Replizierlackschicht 22 zu wählen ist, wird von der für die Reliefstruktur 25 gewählten Profiltiefe bestimmt. Es muß sichergestellt sein, daß die Replizierlackschicht 22 über eine ausreichende Dicke verfügt, um ein Abformen der Reliefstrukturen 25 und 26 zu ermöglichen. Vorzugsweise besitzt die Replizierlackschicht 22 hierbei eine Dicke von 0,1 bis 10 μm.
Beispielsweise wird die Replizierlackschicht 22 mittels einer Linienraster- Tiefdruckwalze vollflächig mit einem Auftragegewicht von 2,2 g/m2 vor Trocknung auf die Schutzlackschicht 21 aufgebracht. Als Replizierlack wird hierbei ein Lack folgender Zusammensetzung gewählt:
Komponente Gewichtsanteil
Hochmolekulares PMMA-Harz 2000
Silikonalcyd ölfrei 300 Nichtionisches Netzmittel 50
Niedrigviskose Nitrocellulose 12000
Toluol 2000
Diaceton-Alkohol 2500
Anschließend wird die Replizierlackschicht 22 in einem Trockenkanal bei einer Temperatur von 100 bis 120 0C getrocknet.
Sodann werden in die Replizierlackschicht 22 die Reliefstrukturen 25 und 26 beispielsweise mittels einer aus Nickel bestehenden Matrize bei etwa 130 0C eingeprägt. Zum Einprägen der Reliefstrukturen 25 und 26 wird die Matrize vorzugsweise elektrisch aufgeheizt. Vor dem Abheben der Matrize von der Replizierlackschicht 22 nach Prägung kann die Matrize hierbei wieder abgekühlt werden. Nach Einprägen der Reliefstrukturen 25 und 26 erhärtet der Replizierlack der Replizierlackschicht 22 durch Vernetzung oder in sonstiger Weise.
Weiter ist es auch möglich, die Reliefstrukturen 25 und 26 durch ein Ablationsverfahren in die Replizierlackschicht 22 einzubringen. Bei den Reliefstrukturen 25 und 26 handelt es sich hierbei um Reliefstrukturen, die in einem gemeinsamen Beschichtungsverfahen, beispielsweise Sputtem, mit den Beschichtungen 23I, 23n beschichtet werden.
Wie in Fig. 2 zu sehen, ist die Beschichtungsrichtung zur Abscheidung der Beschichtungen 23I, 23n senkrecht zur Oberfläche der planaren Reliefstruktur 16 orientiert. Die Beschichtungsrichtung ist in Fig. 2 mit Pfeilen 30 bezeichnet. Dabei ist die Beschichtungseinrichtung so ausgebildet, daß das Material mit konstanter Flächendichte auf den Reliefstrukturen 25 und 26 abgeschieden wird, so daß im Ergebnis dieses Verfahrensschrittes die Flächendichte der Beschichtungen 23I, 23n auf den Reliefstrukturen 25 und 26 gleich und konstant ist. Auf diese Weise sind also keinerlei Vorkehrungen notwendig, um beispielsweise die Leitfähigkeit von Beschichtungen 23I, 23n unterschiedlich auszubilden und/oder um die Geometrie der Beschichtungen 231, 23n zu erzeugen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Strukturierung der Beschichtungen 231, 23n passergenau in einem Herstellungsschritt ausführbar ist und daß wegen der Mikrostrukturierung der Reliefstrukturen besonders hohe Auflösungen erzielt werden, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Schaltkreisen nötig sind.
Anschließend wird die Klebeschicht 24 auf die Beschichtungen 231, 23n aufgebracht. Bei der Klebeschicht 24 handelt es sich vorzugsweise um eine Schicht aus einem thermisch aktivierbaren Kleber. Je nach Einsatz des Sicherheitselements 11 ist es aber auch möglich, auf die Klebeschicht 24 zu verzichten.
Fig. 3 zeigt nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines mehrschichtigen Körpers in Form eines Folienelements 12 mit eindimensionaler Reliefstruktur, das sich nur in der Gestaltung der Reliefstruktur von dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet. Gleiche Elemente sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Folienelement 12 ist anstelle der mäanderförmigen Reliefstruktur 25 in Fig. 1 mit einer sägezahnförmigen Reliefstruktur 125 ausgebildet. Die Reliefstruktur 125 weist eine zur Oberfläche der planaren Reliefstruktur 26 senkrecht angeordnete erste Flanke und eine zur ersten Flanke winkelig angeordnete zweite Flanke auf. Auf diese Weise ist erreicht, daß nur auf den zweiten Flanken der Reliefstruktur 125 die Beschichtung 23n angeordnet ist, d.h. die Beschichtung unterbrochen ausgebildet ist.
Fig. 4 zeigt nun die Beschichtung der Reliefstrukturen 125 und 26 in Fig. 3 mit Beschichtungen 123n und 23I. Wie bereits vorstehend in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben, werden die Beschichtungen 123n und 23I in einem gemeinsamen Herstellungsschritt, beispielsweise durch Sputtern, auf die Reliefstrukturen 125 bzw. 26 aufgebracht. Wie in Fig. 4 gut zu erkennen ist, wird dabei auf den geneigten zweiten Flanken der Reliefstruktur 125 die Beschichtung 123n mit geringerer Dicke ausgebildet als auf der senkrecht zur Aufbringungsrichtung angeordneten Reliefstruktur 26. Weil die Beschichtung 123n durch die nicht mit Material beschichteten senkrechten ersten Flanken der Reliefstruktur 125 unterbrochen ist, ist beispielsweise eine so aufgebrachte Metallschicht elektrisch nichtleitend ausgebildet.
Fig. 5a zeigt nun in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf einen mehrschichtigen Körper, ausgebildet als ein Folienelement 50 mit eindimensionaler Reliefstruktur, das im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Metall beschichtet ist. Dabei ist ein elektrisch nichtleitender Bereich 55 mit eindimensionaler Reliefstruktur mit hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ausgebildet, wie in Fig. 1 und 3 dargestellt (Pos. 25 bzw. 125), in den in Fig. 5 schwarz dargestellte leitende planare Bereiche 56 eingeschlossen sind. Es handelt sich dabei um Leiterbahnen, die nicht dargestellte elektrische Bauelemente miteinander verbinden.
Wenngleich der elektrisch nichtleitende Bereich 55 nur in der mit x bezeichneten Koordinatenrichtung durch unbeschichtete senkrechte Flanken unterbrochen ist und in Abschnitten 55k, in denen er in y-Richtung an elektrisch leitende Bereiche 56 grenzt, lokal elektrisch kurzgeschlossen ist, hat er insgesamt eine elektrische Leitfähigkeit, die um Größenordnungen geringer ist, als die elektrische Leitfähigkeit der Bereiche 56. In Fig. 5b ist nun dargestellt, wie der vorstehend beschriebene lokale Kurzschluß durch die leitenden Bereiche 56 vermieden werden kann. Dazu ist der Bereich 55 in Bereiche 55x und Bereiche 55y unterteilt, deren Reliefstruktur in x-Richtung bzw. in y-Richtung variiert. Eine solche Anordnung kann vorgesehen sein, wenn die leitenden Bereiche 56 nicht zueinander parallel angeordnet sind bzw. kurvenförmig ausgebildet sind.
Es kann aber auch vorgesehen sein, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten Bereiche 56 galvanisch zu verstärken. Weil die Bereich 55, 55x und 55y elektrisch nichtleitend ausgebildet sind, wird dort beim Galvanisieren kein Metall abgeschieden. Es sind also keine zusätzlichen Vorkehrungen zu treffen, um nur die leitenden Bereiche 56 galvanisch zu verstärken. Auf diese Weise sind die leitenden planaren Bereiche 56 als Leiterbahnen mit einem geringeren spezifischen Widerstand ausgebildet als vor der Galvanisierung. Es kann deshalb vorgesehen sein, auf die Ausbildung des Bereichs 55 (s. Fig. 5a) in unterschiedlich orientierte Bereiche 55x und 55y (s. Fig. 5b) zu verzichten, weil die elektrische Leitfähigkeit der Bereiche 56 gegenüber der elektrischen Leitfähigkeit des Bereiches 55 signifikant größer ist.
Die in den Fig. 5a und 5b dargestellten Bereiche 56 können transparent ausgebildet sein, beispielsweise wenn dort eine sehr dünne Metallschicht in der Größenordnung von 10nm aufgebracht ist, je nach Metallart differierend.
Fig. 6 zeigt nun in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf einen mehrschichtigen Körper, ausgebildet als ein Folienelement 60 mit Rasterelementen 62, die Reliefstrukturen 65 aufweisen mit hohem Tiefen-zu- Breiten-Verhältnis und senkrechten Flanken, die in sich geschlossene Profilkurven 65p bilden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Profilkurven als Kreise und Rhomben ausgebildet. Das Folienelement 60 ist mit einer nicht dargestellten Metallschicht beschichtet, die wegen der Reliefstrukturen 65 nichtleitend ausgebildet ist. Es handelt sich hierbei um eine zweidimensionale Reliefstrukturen, die den vorstehend genannten Nachteil eines möglichen Kurzschlusses durch elektrisch leitende Bereiche vermeidet. Wie in Fig. 6 gut zu sehen, sind die Reliefstrukturen 65 aus konzentrisch angeordneten Kreisen gebildet, die in die quadratischen Rasterelemente 62 einbeschrieben sind. Auf diese Weise sind in den Eckbereichen der Rasterelemente 62 Kreissegmente ausgebildet. Auf diese Weise bilden die Kreisegmente eines Eckbereichs mit den Kreissegmenten der in diesem Eckbereich benachbarten drei weiteren Rasterelementen 62 rhombische Profilkurven aus.
Es kann vorgesehen sein, die Rasterelemente 62 mit gleicher Gestalt und mit gleicher Größe auszubilden, d.h. als gleichschenklige Dreiecke, Quadrate oder Sechsecke. Es kann auch vorgesehen sein, die Rasterlemente 62 ungleichförmig auszubilden, d.h. die Fläche des Folienelements 60 mit Rasterelementen 62 unterschiedlicher Gestalt und Größe auszufüllen. Es kommt nur darauf an, daß die senkrechten Flanken der Reliefstruktur 65 geschlossene Kurven bilden.
In Fig. 7 ist nun ein mit Metall beschichteter mehrschichtiger Körper, ausgebildet als Folienelement 70 mit einem strukturierten Leiter 76 dargestellt, der von Bereichen 75 umgeben ist, die mit Reliefstrukturen mit hohem Tiefen-zu-Breiten- Verhältnis ausgebildet sind. Die Reliefstrukturen können als eindimensionale Reliefstrukturen (s. Fig. 5) oder als zweidimensionale Reliefstrukturen (s. Fig. 6) mit hohem Tiefen-zu-Breitenverhältnis ausgebildet sein. Bevorzugt ist eine zweidimensionale Reliefstruktur und das Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis > 2.
Das Folienelement 70 kann als Teil eines mikroelektronischen Schaltkreises ausgebildet sein, beispielsweise als Teil eines als Foliensystem ausgebildeten polymeren Schaltkreises. Dabei kann der Schaltkreis transparent ausgebildet sein, wie vorstehend beschrieben (s. Fig. 5).
Es kann bei einer solchen Anwendung vorgesehen sein, daß ein oder mehrere Abschnitte des strukturierten Leiters 76 mit einer Reliefstruktur mit hohem Tiefen- zu-Breiten-Verhältnis ausgebildet sind, so daß die elektrische Leitfähigkeit des Leiters 76 in einem solchen Abschnitt vermindert ist. Auf diese Weise können beispielsweise elektrische Widerstände im Leiter 76 ausgebildet sein.

Claims

Ansprüche
1. Mehrschichtiger Körper (11, 12) mit einer Replizierlackschicht (22), wobei in einer von Koordinatenachsen x und y aufgespannten Ebene in die Replizierlackschicht (22) eine erste Reliefstruktur (25, 125, 65) in einem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers abgeformt ist und auf die
Replizierlackschicht (22) in dem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers (11, 12) und in einem benachbarten zweiten Bereich des mehrschichtigen Körpers (11, 12) eine elektrisch leitfähige Beschichtung (23I, 23n, 123n) mit konstanter Flächendichte aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reliefstruktur (25, 125, 65) eine Struktur mit einem hohen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der einzelnen Strukturelemente ist, insbesondere mit einem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis > 2, und mit mindestens einer sich über die gesamte oder nahezu gesamte Tiefe der Reliefstruktur erstreckenden senkrechten oder nahezu senkrechten Flanke ausgebildet ist, wobei sich an der Flanke der ersten Reliefstruktur (25, 125, 65) Bereiche ergeben, an denen die auf die erste Reliefstruktur aufgebrachte leitfähige Beschichtung (23I, 23n, 123n) nicht angelagert ist oder nur in einer derart geringen Schichtdicke angelagert ist, daß die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung (23I, 23n, 123n) im Bereich der Flanke signifikant verringert ist.
2. Mehrschichtiger Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Metallschicht ist.
3. Mehrschichtiger Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem transparenten leitfähigen Material, insbesondere Indium-Zinnoxid-Schicht (ITO) besteht.
4. Mehrschichtiger Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reliefstruktur (25, 125, 65) als eine Funktion der Koordinaten x und/oder y ausgebildet ist, die die Tiefe der ersten Reliefstruktur (25, 125, 65) in x-Richtung und/oder in y-Richtung periodisch variiert.
5. Mehrschichtiger Körper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reliefstruktur (25) im wesentlichen als eine Rechteckfunktion der Koordinaten x oder y ausgebildet ist, die die Tiefe der ersten Reliefstruktur (25) in x-Richtung oder in y-Richtung periodisch variiert.
6. Mehrschichtiger Körper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reliefstruktur (125) als eine Sägezahnfunktion der Koordinaten x oder y ausgebildet ist, die die Tiefe der ersten Reliefstruktur (125) in x- Richtung oder in y-Richtung periodisch variiert.
7. Mehrschichtiger Körper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reliefstruktur (65) als eine Rechteckfunktion oder eine Sägezahnfunktion der Koordinaten x und y ausgebildet ist, die die Tiefe der ersten Reliefstruktur (125) in x-Richtung und in y-Richtung periodisch variiert, wobei die senkrechten Flanken dieser Funktionen in sich geschlossene konvexe Kurven bilden.
8. Mehrschichtiger Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem benachbarten zweiten Bereich in die Replizierlackschicht (22) eine zweite Reliefstruktur (26) abgeformt ist.
9. Mehrschichtiger Körper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reliefstruktur (26) im wesentlichen planar oder mit einem niedrigen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ausgebildet ist.
10. Mehrschichtiger Körper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reliefstruktur (26) als eine Funktion der Koordinaten x und/oder y ausgebildet ist, die die Tiefe der Reliefstruktur (26) in x-Richtung und/oder in y-Richtung variiert, wobei diese Funktion ohne senkrechte Flanke ausgebildet ist.
11. Mehrschichtiger Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der zweiten Reliefstruktur (26) aufgebrachte Beschichtung (23I) transparent ausgebildet ist.
12. Mehrschichtiger Körper nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Beschichtung als eine Metallschicht mit einer Dicke von
1 nm bis 100 nm ausgebildet ist, vorzugsweise mit einer Dicke von 5 nm bis
30 nm.
13. Mehrschichtiger Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrschichtige Folienkörper eine Transferfolie, insbesondere eine Heißprägefolie, ist.
14. Schaltkreis, insbesondere aus Polymerstrukturen gebildeter Schaltkreis, mit einem mehrschichtigen Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Linearpolarisator mit einem mehrschichtigen Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
16. Sicherheitselement mit als Linearpolarisator nach Anspruch 15 ausgebildeten Bereichen, wobei die Bereiche als Informationsträger ausgebildet sind, beispielsweise als Strichcode, alphanumerisches Zeichen oder Bilddarstellung.
17. Sicherheitsdokument, insbesondere Banknote, Reisepaß oder Warenetikett mit einem mehrschichtigen Körper nach einem der vorhergehenden
Ansprüche.
18. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Körpers (11, 12), wobei bei dem Verfahren in eine Replizierlackschicht (22) des mehrschichtigen Körpers in einem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers (11, 12) eine erste
Reliefstruktur (25, 125) abgeformt wird und auf die Replizierlackschicht (22) in dem ersten Bereich des mehrschichtigen Körpers (11, 12) und in einem benachbarten zweiten Bereich des mehrschichtigen Körpers (11, 12) eine elektrisch leitfähige Beschichtung (23I, 23n, 123n) mit konstanter Flächendichte aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reliefstruktur (25, 125) als eine Struktur mit einem hohen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der einzelnen Strukturelemente, insbesondere mit einem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis > 2, und mindestens einer senkrechten oder nahezu senkrechten Flanke abgeformt wird, wobei sich an der Flanke der ersten Reliefstruktur (25, 125) Bereiche ergeben, an denen die auf die erste Reliefstruktur aufgebrachte leitfähige Beschichtung (23I, 23n, 123n) nicht angelagert ist oder nur in einer derart geringen Schichtdicke angelagert ist, daß die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung (23I, 23n, 123n) im Bereich der Flanke signifikant verringert ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (231, 23n, 123n) durch Sputtern auf die Replizierlackschicht (22) aufgebracht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (23I, 23n, 123n) durch Elektronenstrahlbedampfen auf die Replizierlackschicht (22) aufgebracht wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (23I, 23n, 123n) durch thermisches Bedampfen mit Widerstandsheizung auf die Replizierlackschicht (22) aufgebracht wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (23I, 23n, 123n) galvanisch verstärkt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Reliefstrukturen mittels UV-Replikation in der Replizierlackschicht
(22) abgeformt werden.
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